关于本体编程的实现

临近期末,我有一门课程的期末项目是做一个教育领域的本体应用系统,所以最近经常思考本体在这样一个系统中所起的作用,以及该如何实现。(本体是否只能在web环境下发挥作用,使用本体描述一个独立系统的模型是否值得?)

假设要做的是选课系统,很容易看出系统里应该有这些对象:课程、学生、教师,它们之间互有联系。现在的问题是,本体、Java类和数据库各扮演怎样的角色?我目前想到的方法有以下几个:

  1. 在本体(owl)里建立这些类和关系,在Java里建立同样的Bean类,运行时系统把本体里的individuals转换为Java类的实例,也就是在内存里得到一个Java实例的集合,选课的各种操作就是对这个集合的修改,退出系统时再进行反向转换,把修改反映到本体里。在这样的实现方法中,本体实际上扮演了数据库的角色,所以当数据(individuals)很多的时候,效率会很成问题。(Protege的owl编辑工具提供了从本体生成EMF模型代码的功能,虽然目前还是alpha版,这也许将成为同步两种模型的不错选择。)
  2. 对上面的方法进行修改,让本体不保存individuals,对Java实例集合的修改最终反映到关系数据库里(利用hibernate不会很困难),运行时系统直接从数据库里取得数据转换为Java实例。这样的实现可以解决效率问题,但和传统应用区别不大,本体的作用几乎为零。
  3. 另一种比较极端的做法是只用本体维护类和individuals,Java方面没有任何与应用有关的模型,系统一开始把本体读入内存以rdf图的方式存在,选课操作转换为对此图的修改(利用Jena等API)。这个方法存在两个问题,一是效率,二是Java代码的可读性下降,这就相当于直接使用JDBC而不是hibernate对数据库操作的区别。

在solo项目里我使用的是第一种方式,各方面效果还可以接受,但本体的作用发挥得很不够。这是很重要的方面,因为如果和传统项目没有区别,辛辛苦苦引入本体又是为了什么,特别是对本体推理的功能,我想最关键的问题还是要找出最适合应用的本体,定义本体的确是一门学问。

Update:IBM Alphaworks也提供了一组本体工具(包括Orient、EODM和RStar),对EMF的支持应该不错。今天初步试了一下Orient,它只支持RDF(S),而不支持OWL,所以无法满足课程项目的要求,Orient的目前版本还有一些小bug,除已知的那些以外,我把.ontology文件输出为ecore模型总是不成功,而输出为rdf是可以的。

Update:推荐一个关于本体和模型驱动的幻灯片,主要内容是介绍应该如何利用UML的可视化编辑功能和元模型的扩展功能来构造本体,这里面介绍了相当多的相关概念(其中很多我甚至没听说过),以及它们出现的原因,比较有利于我们理清思路。